金屬3D打印隨形水路設(shè)計(jì)應(yīng)用

科技進(jìn)步帶動(dòng)各式產(chǎn)品蓬勃發(fā)展，產(chǎn)品的開發(fā)周期相對(duì)縮短，為在有限的時(shí)間內(nèi)提高量產(chǎn)值并同時(shí)兼顧產(chǎn)品的質(zhì)量，藉由改善模具的散熱效率以減少成型周期中的冷卻階段即成為模具成型制程中的重要步驟。傳統(tǒng)制作的工法受到既有技術(shù)的限制，方式是將模具加以鉆孔或切割焊合，施工十分復(fù)雜，模具壽命也可能會(huì)因?yàn)樵俅渭庸ざ�縮短。 在金屬3D打印出現(xiàn)后，這些問題獲得了突破性改善！利用金屬雷射燒結(jié)技術(shù)(SLM)，可彌補(bǔ)  CNC  工具機(jī)及放電加工機(jī)之不足之處，不單是提升模具產(chǎn)能，更能降低材料耗損，縮短制程時(shí)間。

應(yīng)用案例：工業(yè)模具

隨形水路因幾何形狀復(fù)雜度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)水路，因此加工較困難。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制作的冷卻水路都是以鉆孔方式完成，其直線圓管狀造型另須避開結(jié)構(gòu)或組裝原件，因此水路設(shè)計(jì)極其受限,熱點(diǎn)地區(qū)往往沒有冷卻劑的達(dá)到。但若采用金屬雷射燒結(jié)技術(shù)(SLM)時(shí)，就沒有加工上的限制。除了更能貼近產(chǎn)品輪廓，且針對(duì)死角或不易排熱之區(qū)域，提供良好的散熱效率，使冷卻周期得以降低外，因?yàn)槟�溫差降低，一些缺陷如翹曲與凹痕能夠有效避免，因此產(chǎn)品質(zhì)量能更加提升。

應(yīng)用案例：模仁 Core
冷卻水路依風(fēng)扇葉片的形式來設(shè)計(jì)，將冷卻效益達(dá)到最高，從模座的剖面溫度可看到，在產(chǎn)品的凹槽區(qū)域會(huì)有積熱現(xiàn)象，這是由于此區(qū)域水路較難以伸入冷卻。從水管的溫度分布，可看出在水管的進(jìn)出口溫度差，約為 1℃。但由于水路環(huán)繞銅套，故幫助了銅套的散熱，而銅套再帶走 partinsert的熱量，故有助于軸心區(qū)域的溫度下降。從水路設(shè)計(jì)的溫度圖可看到，在軸心區(qū)域的高溫降至143 ℃。   

材料特性
比熱(Heat Capacity)
欲將單位塑料溫度提高一度所需的熱量，是塑料溫度容易改變與否的度量。比熱越高，塑料溫度越不容易變化，反之亦然。

熱傳導(dǎo)系數(shù)(Thermal Conduction)
塑料熱傳導(dǎo)(thermal conduction)特性的度量。熱傳導(dǎo)系數(shù)越高，熱傳導(dǎo)效果越佳，塑料于加工過程中溫度傾向均勻，較不會(huì)因熱量局部堆積而有熱點(diǎn)(hot spot)產(chǎn)生。熱傳導(dǎo)系數(shù)及比熱攸關(guān)塑料之熱傳、冷卻性質(zhì)，亦影響到冷卻時(shí)間長(zhǎng)短。

黏度(viscosity)
流體流動(dòng)阻力的度量。黏度越高，流動(dòng)阻力越大，流動(dòng)越困難。對(duì)一般熱塑性塑料，黏度是塑料成分、溫度、壓力及剪切率的函數(shù)。就溫度效應(yīng)而言，熱塑性塑料的黏度一般隨溫度升高而有降低的情形。就剪切率(shear rate)的效應(yīng)而言，剪切率越高，代表加工變形速率越大，由于高分子鏈被排向的結(jié)果，使大部份的塑料具有黏度隨剪切率升高而下降的切變致稀性(shear-thinning)。


PvT關(guān)系(PvT Relationship)
塑料的比容或密度是相狀態(tài)、溫度、壓力等的函數(shù)，一般而言可利用狀態(tài)方程式(state equation)或pvT方程式加以定量化。一但模式參數(shù)由實(shí)驗(yàn)取得，代入此類半經(jīng)驗(yàn)方程式中即可求得塑料在某一溫度壓力下的比容或密度值。

模型原型輸出，有一定的市場(chǎng)潛力價(jià)值，相較于傳統(tǒng)開模曠日費(fèi)時(shí)的缺點(diǎn)，3D 打印技術(shù)可為需求單位帶來許多的便利性。德芮達(dá)科技內(nèi)部 3D 打印設(shè)備齊全，擁有技術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，提供印制復(fù)雜特征與精密零件的客制解決方案！從掃描、特殊零件設(shè)計(jì)/重制、打樣、評(píng)估確認(rèn)，最后進(jìn)行生產(chǎn)輸出，減少設(shè)計(jì)上的限制，開發(fā)時(shí)間得以縮短，使研發(fā)單位更容易開發(fā)出具市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品。

比較
從sensor21可看到，在相同冷卻時(shí)間下，第四次水路設(shè)計(jì)在該點(diǎn)的溫度掉到 130 ℃，比第三次水路設(shè)計(jì)低了10℃。

第四次水路設(shè)計(jì)，由于水路環(huán)繞銅套，故幫助了銅套的散熱，而銅套再帶走partinsert的熱量，故有助于軸心區(qū)域的溫度下降。從第四次水路設(shè)計(jì)的溫度圖可看到，在軸心區(qū)域的高溫降至143 ℃，比第三次水路設(shè)計(jì)低了7度。

此外，傳統(tǒng)制程針對(duì)復(fù)雜特征制作時(shí)，容易產(chǎn)生熱變形而影響制程良率的缺點(diǎn)。綜觀優(yōu)勢(shì)，3D 打印設(shè)計(jì)原型輸出，可打破所有設(shè)計(jì)上的限制，德芮達(dá)科技使用金屬 3D打印技術(shù)更容易打造零件內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可省去鑄件與焊接步驟，并能減少重量與復(fù)雜度，有效提升制造質(zhì)量。